鋼勾心自身因素對剛度的影響

劉國亮，鄧成亮

（1.廣州質量監督檢測研究院，廣東廣州510102；2.國家皮革制品質量檢驗中心（廣東），廣東廣州510110）

前言

勾心，是鞋的重要組成部分，是“架起”鞋前掌著力點和后跟中心的橋梁，在穿著時，使成鞋在三維立體空間內保持總體設計時固有的形態不發生變化[1]。用于制作勾心的材料很多，其中較好地增加鞋的穩定性和增強腰窩部位強度的是鋼（鐵）勾心，20世紀60年代起，隨著我國機械化生產的推廣，鞋類制造行業開始廣泛使用鋼（鐵）勾心[2]。

近年來，隨著人們生活水平提高，消費者對皮鞋、皮涼鞋等鞋子的需求越來越大，同樣的，對作為鞋子的主要支撐的勾心而言，對其性能要求越來越高。而在針對所有鋼勾心的性能測試中，縱向剛度是衡量勾心安全質量的重要指標。目前，我國主要有GB/T 3093.34-2008《鞋類勾心試驗方法縱向剛度》[3]和 QB/T 1813-2000《皮鞋勾心縱向剛度試驗方法》[4]兩個規定了鋼勾心縱向剛度測試的標準，因此，在各類檢測機構的鞋類產品日常檢測中，針對鋼勾心的剛度測試也主要是用這兩個方法。

目前國內鋼勾心縱向剛度影響因素的研究，主要集中在測試過程中的因素對測試結果的影響，如劉顯奎等[5]以及趙振普[6]從不同的角度，介紹了縱向剛度試驗方法中的影響因素，王家宏[7-8]開展了后夾具、前端夾持位置和儀器結構對縱向剛度測試結果影響的研究，雷大鵬等[9]通過大量檢測數據的分析比較了鋼勾心的參數對縱向剛度的影響，較少涉及鋼勾心自身因素對剛度影響的研究。

本文通過研究鋼勾心自身因素，即筋高、厚度、蹺度和筋寬對剛度的影響，為提高鋼勾心剛度以及鋼勾心的選取提供參考。

1 試驗

1.1 試驗儀器

皮鞋勾心縱向剛度試驗儀，GT-7050，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司；游標卡尺，（0～150）mm，分度值 0.02mm，上海量具刃具廠有限公司。

1.2 試驗材料

質地均勻的I型鋼勾心（原始寬度均為14mm），厚度為 1.0mm，1.2mm，1.4mm 共3種；筋高（筋高是指勾心加強筋頂點到勾心背面底部的垂直距離，如圖1所示）為0mm，0.5mm，1.0mm，1.5mm，2.0mm，2.5 mm 共 6 種；蹺度[9]為 0，0.06，0.09，0.12 共4種，每種鋼勾心3根。

圖1 鋼勾心截面測量示意圖

1.3 試驗方法

依據QB/T 1813-2000《皮鞋勾心縱向剛度試驗方法》[4]，每根樣品測試3，取9次測試的平均值作為測試結果。

2 結果與討論

由于鋼勾心寬度較為固定，一般為14mm左右，而且從雷大鵬等[9]的文獻可知寬度對剛度的影響不大，因此，本文不對寬度進行探討，僅從筋高、厚度、蹺度三個主要自身因素及力臂長度進行討論。

圖2 筋高與剛度的關系

圖3 厚度與剛度的關系

圖4 蹺度與剛度的關系（力臂66mm）

圖5 蹺度與剛度的關系（力臂55mm）

2.1 筋高的影響

選取厚度為 1.0、1.2、1.4 mm，蹺度為0的鋼勾心，力臂長度66 mm，分別測試0 mm，0.5 mm，1.0 mm，1.5 mm，2.0 mm和2.5 mm筋高下的剛度，測試結果見圖2所示。

由圖2可知，筋高對剛度的影響顯著，筋高在0～1.5 mm時，呈線性關系，且隨筋高的增加剛度也隨之增長，此時的增長斜率較為平緩，當筋高增加到2.0 mm時，勾心剛度急劇增加，增長率達80%以上，而當筋高繼續增加到2.5時，勾心剛度的增長又趨于平緩，從以上分析可知，隨著筋面高度的增加，鋼勾心剛度值也增大，而且這種增長在筋高1.5 mm～2.0 mm之間呈跳躍式增長，而后繼續增長。另外，三種不同厚度的鋼勾心在筋高與剛度的關系上增長趨勢一致，但是在筋高1.5 mm以后，剛度逐漸接近。同樣的，不同蹺度條件下，同樣表現去這樣的趨勢。

2.2 厚度的影響

鋼勾心樣品有3種厚度，分別是1.0 mm，1.2 mm和1.4 mm。同樣在力臂66 mm、蹺度為0時，不同筋高下的測試結果見圖3。

由圖3可知，在其他因素相同的情況下，厚度與鋼勾心剛度的關系在筋高1.5mm以下時，厚度對剛度有影響，即厚度越厚，剛度值越高，但筋高在2.0 mm以上時，厚度對剛度幾乎無影響，即厚度越后，剛度值基本無變化，也就是說筋高超過2.0 mm時，對剛度起決定作用的是筋高，厚度的影響很小。總而言之，在筋高較小時，厚度與剛度呈正相關；但當筋面高度達到一定程度時，鋼勾心厚度大小對縱向剛度值的影響基本無影響。

2.3 蹺度的影響

選取厚度為1.4 mm，筋高1.0 mm和1.5 mm，力臂55 mm和66 mm的試驗條件進行測試，其測試結果見圖4和圖5。

從圖4和圖5可以看出，蹺度對勾心剛度也有影響，隨著蹺度增加，剛度先增加，蹺度為0.09時，剛度達到最大值，而后隨蹺度增大而減小，出現這種結果的原因可能是力臂的測量方式導致的，勾心標準中對力臂長度的測量是這樣規定的：“測量后夾具前邊緣與前夾具后邊緣之間的距離，勾心上、下表面各測一次，取平均值作為力臂長度”，見圖6，也就是說標準中測量出來的力臂長度是后夾具與前夾具直接的直線距離，當蹺度為0時，力臂長度與勾心實際長度相同，而當蹺度大于0時，勾心實際長度大于力臂長度，蹺度越大，勾心越彎曲，實際長度比力臂長度更長；從勾心的受力情況（見圖7）可以看出，當蹺度為0時，加載砝碼產生的力與勾心測試點的法向夾角α=0，勾心產生的分力f=0，則砝碼產生的力全部作用在測試點上，當蹺度大于0時，α大于0，勾心產生的分力f也大于0，即有一部分砝碼產生的力被彎曲勾心的分力抵消，則撓度逐漸變小，剛度逐漸變大，當蹺度大于一定值以后，即勾心彎曲到一定程度后，α繼續增大，而勾心分力f又逐漸變小，則撓度逐漸變大，剛度又隨之逐漸變小。

2.4 筋寬的影響

測試過程中發現力臂長度對剛度的影響較大，通過對勾心的觀察和測量發現，勾心的截面形狀并不是一層不變的，而是隨著力臂的增加不斷變化，取標稱筋高1.5 mm、蹺度 0.06、厚度 1.4 mm 的勾心，測量其筋高、筋寬、勾心寬度、剛度值，力臂與筋高、筋寬、勾心寬度、剛度之間的尺寸關系見表1。

通過表1可知，隨著力臂的增加，勾心寬度先減小后增加，筋高先增加后減小，筋寬和剛度則逐步增加，這與王家宏[8]得出的結論一致。將筋高放大10倍，筋寬放大2倍，剛度縮小100倍后，其與力臂的關系見圖8和圖9。

從圖8可知勾心寬度與筋高呈負相關，即筋高增加是以勾心寬度的縮小來實現的，由圖9可知，力臂與筋寬呈正相關，剛度與筋寬亦呈正相關，且力臂在30 mm以下時無法確定筋高和筋寬誰對剛度起主要作用，而力臂在30 mm以上時筋寬對剛度的增加起了決定性的作用，整體上而言，力臂增加，筋寬增加，剛度也增加。

表1 力臂與筋高、筋寬、勾心寬度、剛度之間的關系

圖8 力臂與寬度、筋高的關系

圖9 力臂與筋寬、剛度的關系

3 結論

通過對勾心筋高、厚度、蹺度及筋寬的分析，得出如下結論：

1)筋高對勾心剛度的影響顯著，可通過增加筋高提高勾心剛度，同時可通過測量筋高判定勾心的大致剛度值；

2)在筋高1.5 mm以下時，可通過增加厚度來提高勾心剛度；

3)一定蹺度范圍內，勾心剛度與蹺度呈正相關，對于高跟鞋可適當提高蹺度增加勾心剛度；

4）力臂越長，筋寬越大，剛度越大，從而導致同一條勾心在不同位置的剛度不同，因此，需在標準中規定力臂長度。

∶

[1]張俊華.楊文杰.皮鞋勾心的作用與設計[J].中國皮革；2003.32(2)∶114-115.

[2]林芳.黃秋蘭.陳競新.等.皮鞋鋼勾心縱向剛度檢測標準的對比及其測量不確定度分析[J].西部皮革，1671-1602(2010)∶11-0047-04.

[3]GB/T 3093.34-2008,鞋類勾心試驗方法縱向剛度[S].

[4]QB/T 1813-2000,皮鞋勾心縱向剛度試驗方法[S].

[5]劉顯奎,閆宏偉,李偉明,等.鋼勾心縱向剛度檢測方法中影響因素的研究 [J].中國皮革,2012(18)∶137-140.

[6]趙振普.勾心抗彎剛度測試中影響數據準確性的因素[J].科技探索,2013(11)∶132.

[7]王家宏.后夾具對勾心抗彎剛度測試的影響探討[J].中國皮革,2011(16)∶73-75.

[8]王家宏,張志樂,張素璇.儀器結構對勾心縱向剛度測試結果的影響 [J].中國皮革,2016(02)∶50-53.

[9]雷大鵬,劉強,毛小慧,等.影響鋼勾心縱向剛度的因素及其機制 [J].中國皮革,2014(22)∶117-121.